(19) |
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(11) |
EP 3 356 290 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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27.05.2020 Patentblatt 2020/22 |
(22) |
Anmeldetag: 04.10.2016 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2016/073695 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2017/055639 (06.04.2017 Gazette 2017/14) |
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(54) |
NEUWERTIGE BRENNVORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON GASGEMISCHEN
NEW TYPE OF BURNING DEVICE FOR PRODUCING GAS MIXTURES
NOUVEAU DISPOSITIF DE COMBUSTION POUR LA PRODUCTION DE MÉLANGES GAZEUX
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
01.10.2015 US 201562235838 P
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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08.08.2018 Patentblatt 2018/32 |
(73) |
Patentinhaber: SGL Carbon SE |
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65201 Wiesbaden (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- KOCH, Christoph
86405 Meitingen (DE)
- RASHIDI, Arash
Meitingen 86405 (DE)
- BIENHUELS, Christian
Meitingen 86405 (DE)
- SKARKE, Birgit
Meitingen 86405 (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A1- 0 497 712 EP-A1- 1 531 147 DE-A1- 2 916 252 US-A- 5 492 649
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EP-A1- 0 997 433 BE-A1- 846 627 US-A- 4 910 008
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- Olaf Krause: "Refractory Ceramics" In: "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry",
31 January 2014 (2014-01-31), Wiley-VCH, Weinheim, XP055561094, ISBN: 978-3-527-30673-2
vol. 43, pages 1-59, DOI: 10.1002/14356007.a23_001.pub2,
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Brennvorrichtung zur Erzeugung
von Wasserstoffverbindungen der Halogene.
[0002] Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure), auch Chlorwasserstoff genannt, wird in der chemischen
Industrie in verschiedenster Weise genutzt und weiterverarbeitet. Typische Anwendungsgebiete
sind die Chloralkali-Elektrolyse oder die Herstellung von Vinylchlorid. Oft fällt
die Chlorwasserstoffsäure als Nebenprodukt, wie beispielsweise bei der Chlorierung
organischer Verbindungen an. Der Bedarf kann damit allerdings nicht gedeckt werden.
In der Industrie werden daher zur synthetischen Herstellung spezielle korrosionsbeständige
Chlorwasserstoff-Syntheseanlagen eingesetzt. In diesen Anlagen reagieren Chlorgas
und Wasserstoffgas bei Temperaturen von bis zu 2500 °C zu Chlorwasserstoffgas. Die
Verbrennungsreaktion findet dabei in der Brennkammer statt. Der Brenner, durch den
die Feed-Gase in die Brennkammer strömen, besteht aus zwei konzentrischen Rohren,
wobei Chlorgas durch das innere und Wasserstoffgas durch das äußere Rohr zugeführt
wird. In der Flamme oberhalb des Brenners findet die Verbrennungsreaktion statt. Um
einen möglichst hohen Umsatz des Chlors zu erreichen, wird üblicherweise ein Wasserstoffüberschuss
von 5 - 15% eingestellt. Am Austritt der Brennkammer ist die Reaktion abgeschlossen
und das gebildete Chlorwasserstoffgas durchströmt den Absorptionsteil der Synthese,
wo es zu Salzsäure absorbiert wird (
US9415364).
[0003] Problematisch bei der Herstellung von Chlorwasserstoff ist eine unvollständige Verbrennung,
welche einen erhöhten Anteil an freiem Chlor in der Produktsäure zur Folge hat. Aufgrund
einer nicht ausreichenden Vermischung der Eduktgase liegt eine sehr lange und schmale
Flammengeometrie vor, die wiederum eine große Brennkammer bedingt. Dies wirkt sich
negativ auf die Höhe der Kosten aus.
[0004] Zur Herstellung von Bromwasserstoff schlägt
BE 846 627 A1 vor, Brom als helikoidalen Strom zu führen und Wasserstoff von innen nach außen in
diesen Strom zu injizieren.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Brennvorrichtung zur Erzeugung
von Halogenwasserstoff, mit der eine verbesserte Vermischung von Halogengas und Wasserstoffgas
erreicht wird und der freie Halogengehalt im Produkt verringert wird.
[0006] Die Aufgabe wird durch eine Brennvorrichtung zur Erzeugung von Halogenwasserstoff
umfassend zumindest zwei konzentrisch angeordnete Brennrohre, wobei im inneren Brennrohr
ein Drallerzeuger angeordnet ist und das äußere Brennrohr, das innere Brennrohr und
der Drallerzeuger korrosionsbeständiges Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Graphit, synthetischer Graphit, kunstharzimprägnierter Graphit, Siliziumcarbid,
siliziumcarbidbeschichteter Graphit, Quarzglas, Aluminiumoxid oder beliebige Mischungen
hieraus, gelöst.
Als Halogenwasserstoffe werden im Rahmen der Erfindung, Bromwasserstoff und Chlorwasserstoff
angesehen, wobei bevorzugt Chlorwasserstoff verwendet wird. Wenn im Folgenden Chlorgas
oder Chlorwasserstoff genannt wird, gilt entsprechendes auch für Bromgas oder Bromwasserstoff.
Im Rahmen der Erfindung wird unter konzentrisch angeordnete Brennrohre verstanden,
dass in einem äußeren Brennrohr ein inneres Brennrohr angeordnet ist, wobei das innere
Brennrohr in der Mitte des äußeren Brennrohrs angeordnet ist (siehe Figur 3). Das
innere Brennrohr dient als Transportrohr für das Chlorgas, wohingegen das Wasserstoffgas
durch den Spalt zwischen innerem und äußerem Brennrohr zugeführt wird. Als Drallerzeuger
wird im Rahmen dieser Erfindung ein Bauteil verstanden, welches das Chlorgas in eine
Drallströmung versetzt. Durch die dabei entstehenden Turbulenzen wird die Grenzfläche
zwischen Chlor und Wasserstoff zusätzlich vergrößert, das heißt es wird eine verbesserte
Vermischung erreicht und somit die benötigte Verweilzeit der Gase im Brennraum verkürzt,
weshalb eine kürzere und stabilere Flamme im Vergleich zu einem Brenner ohne Drallerzeuger
erhalten wird. Die kürzere Flamme ermöglicht eine Verwendung von kleineren Syntheseanlagen
und die stabilere Flamme führt zu einem kontinuierlicheren Prozess. Wie stark sich
die Flamme verkürzt und wie stabil die Flamme ist, sind von der Dimensionierung als
auch der Kapazität der Syntheseeinheit abhängig. Durch die Verwendung eines Drallerzeugers
im inneren Brennrohr und dem axialen Austritt des Wasserstoffs aus dem äußeren Brennrohr
wird eine verbesserte Durchmischung der Eduktgase sowie die Ausbildung einer Rezirkulationszone
nahe am Brenneraustritt erreicht. In der Rezirkulationszone wird heißes Gas zurück
in Richtung Brennervorrichtungsaustritt gezogen, wodurch das aus der Brennvorrichtung
austretende Gas vorgewärmt wird. Dies bedingt einen höheren Umsatz, d.h. der freie
Chlorgehalt wird reduziert und die Flamme wird stabilisiert.
[0007] Der Drallerzeuger befindet sich im Zustrom des Chlorgases, da der Massenstrom des
Chlorgases 20-mal so groß wie der Massenstrom des Wasserstoffgases ist. Somit kann
die Drallwirkung besser ausgenutzt werden. Unter dem Massenstrom wird die Masse verstanden,
die sich pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt bewegt. Durch den Drallerzeuger lassen
sich die Länge, Form, Stabilität sowie die Intensität der Flamme einstellen.
[0008] Vorteilhafterweise ist der Drallerzeuger in das innere Brennrohr eingeklebt, verkantet
oder mittels eines Dornes befestigt.
[0009] Vorteilhafterweise schließen das äußere und innere Brennrohr auf gleicher Höhe ab-Dadurch
werden die Gase erst unmittelbar beim Austritt aus der Brennvorrichtung vermischt.
Daher handelt es sich um eine nicht-vorgemischte Verbrennung.
[0010] Vorteilhafterweise sind das äußere und das innere Brennrohr einteilig oder aus mehreren
Segmenten aufgebaut.
[0011] Besonders bevorzugt sind das äußere Brennrohr, das innere Brennrohr und der Drallerzeuger
aus Graphit, synthetischem Graphit, kunstharzimprägniertem oder beliebigen Mischungen
hieraus, äußerst bevorzugt aus Graphit, synthetischem Graphit, phenolharzimprägnierter
Graphit oder beliebigen Mischungen hieraus.
[0012] Bevorzugt weist der Drallerzeuger eine 0,5 bis 2- fache Länge, bevorzugt eine 1 bis
1,5-fache Länge des inneren Durchmessers des inneren Brennrohres auf. Im Rahmen der
Erfindung wird unter dem inneren Durchmesser des inneren Brennrohres (D
IInnen) der Durchmesser des inneren Brennrohres, d.h. der Durchmesser ohne Rohrwand verstanden.
Unter dem Durchmesser des inneren Brennrohres wird der Außendurchmesser (D
AInnen) des inneren Brennrohrs verstanden (siehe Figur 3). Bei einer Länge von kleiner als
das 0,5-fache des inneren Durchmessers des inneren Brennrohres, ist die Länge nicht
ausreichend um das zugeführte Chlorgas zu verdrallen. Somit treten die positiven Effekte
durch den Drallerzeuger nicht auf. Bei einer Länge von größer als das 2-fache des
inneren Durchmessers des inneren Brennrohres wird das zugeführte Chlorgas zweifach
verdrallt, wobei die doppelte Verdrallung keine weitere Verbesserung der positiven
Effekte durch den Drallerzeuger ergibt.
[0013] Vorteilhafterweise weist der Drallerzeuger einen Außendurchmesser von 30 mm bis 300
mm, bevorzugt 30 bis 280 mm auf.
Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Außendurchmesser des Drallerzeugers, der Durchmesser
aus dem Kern des Drallerzeugers und den Leitschaufeln verstanden (siehe hierzu Figur
4b). Bei einem kleineren Außendurchmesser des Drallerzeugers wird die Chlorgasgeschwindigkeit
stark erhöht, wodurch sich die Vermischzeit verringert und somit der Umsatz verringert.
Bei einem größeren Außendurchmesser nimmt die Chlorgasgeschwindigkeit ab, die erzeugten
Turbulenzen sind geringer ausgeprägt und somit ist auch die Vermischung von Wasserstoff-
und Chlorgas geringer und damit auch der Umsatz geringer und somit der freie Chlorgehalt
im Produkt höher.
[0014] Vorteilhafterweise beträgt das Verhältnis von Kerndurchmesser zu Außendurchmesser
des Drallerzeugers 1:2,5 bis 1:1,5, bevorzugt 1:2 bis 1:1,5.
Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Kerndurchmesser der Durchmesser des Drallerzeugers
ohne Leitschaufeln verstanden. Bei einem kleineren Verhältnis von Kerndurchmesser
zu Außendurchmesser als 1:2,5, nimmt die Chlorgasgeschwindigkeit ab, wodurch die erzeugten
Turbulenzen geringer ausgeprägt sind und somit auch die Vermischung von Wasserstoff-
und Chlorgas geringer und damit auch der Umsatz geringer und somit der freie Chlorgehalt
im Produkt höher. Bei einem größeren Verhältnis von Kerndurchmesser zu Außendurchmesser
als 1:1,5 wird die Chlorgasgeschwindigkeit sehr hoch, wodurch sich die Vermischzeit
von Wasserstoff- und Chlorgas verringert und dadurch der Umsatz geringer wird und
somit der freie Chlorgehalt im Produkt höher.
[0015] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Drallerzeuger mindestens zwei Leitschaufeln,
bevorzugt mindestens 4 Leitschaufeln auf. Bei weniger als zwei Leitschaufeln ist der
Massenstrom pro Teilkanal zu groß, was eine inhomogene Flamme bewirkt. Zudem ist die
Vermischung von Wasserstoff- und Chlorgas geringer.
Für eine gute Vermischung von Wasserstoff- und Chlorgas ist eine symmetrische Verteilung
der Leitschaufeln um den Kern des Drallerzeugers vorteilhaft. Vorteilhafterweise weisen
die Leitschaufeln in der Draufsicht eine Rechteckform oder Trapezform auf.
[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die freie Querschnittsfläche
bezogen auf die gesamte angeströmte Querschnittsfläche des Drallerzeugers 15 bis 75
%, bevorzugt 20 bis 65 %. Bei einer kleineren freien Querschnittsfläche als 15% bezogen
auf die gesamte angeströmte Querschnittsfläche des Drallerzeugers, wird die Chlorgasgeschwindigkeit
zu hoch, wodurch sich der Umsatz verringert. Bei einer höheren Querschnittsfläche
als 75 % bezogen auf die gesamte angeströmte Querschnittsfläche des Drallerzeugers,
wird die Chlorgasgeschwindigkeit zu gering, wodurch sich der Umsatz verringert. Im
Rahmen der Erfindung wird unter der freien Querschnittsfläche die Summe der freien
Flächen zwischen den Leitschaufeln, d.h. dem Bereich durch den das Chlorgas strömt,
bezeichnet. Unter der gesamten angeströmten Fläche des Drallerzeugers wird die gesamte
Querschnittsfläche des Drallerzeugers verstanden.
[0017] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die Leitschaufeln wendelförmig
entlang der Längsachse.
[0018] Unter der Längsachse wird im Rahmen dieser Erfindung die Achse verstanden, die in
Richtung der Chlorgasströmung verläuft.
[0019] Vorteilhafterweise ist die Ganghöhe der Leitschaufel 1 bis 2, bevorzugt 1. Unter
der Ganghöhe wird die Anzahl der Umdrehungen einer Leitschaufel um den Kern des Drallerzeugers
verstanden. Bei einer Ganghöhe von größer als 2 wird der Chlorgasstrom mehr als zweifach
verdrallt und es wird keine weitere Verbesserung der Vermischung von Wasserstoff-
und Chlorgas erreicht.
[0020] Vorteilhafterweise weisen die Leitschaufeln einen mittleren Anstellwinkel von 35°
bis 85°, bevorzugt 40° bis 75°, äußerst bevorzugt 60° auf. Unter dem mittleren Anstellwinkel
wird im Rahmen dieser Erfindung der Winkel zwischen der Richtung des anströmenden
Fluids und der Oberfläche der Leitschaufeln verstanden (siehe hierzu Figur 4b).
Der mittlere Anstellwinkel hat einen erheblichen Einfluss auf die Geschwindigkeitsverteilung
des Chlorgases und auf die Rückströmung des Chlorgases, welche zu einer Stabilisierung
der Flamme führt. Bei einem kleineren mittleren Anstellwinkel als 35° wird der Chlorgasstrom
sehr stark verdrallt und die Flamme sehr breit, was zu einer Temperaturerhöhung der
Brennkammerwand führt. Bei einem größeren mittleren Anstellwinkel als 75° wird kein
Verdrallung des Chlorgases erreicht.
[0021] Vorteilhafterweise tritt das zugeführte Wasserstoffgas aus dem äußeren Brennrohr
axial aus. Der axiale Austritt des Wasserstoffgases aus dem äußeren Brennrohr verbessert
die Vermischung von Wasserstoff- und Chlorgas, denn das aus dem inneren Brennrohr
zugeführte Chlorgas wird durch das axial aus dem Spalt zwischen äußerem und innerem
Brennrohr austretende Wasserstoffgas gedrängt, wodurch die Vermischung von Wasserstoff-
und Chlorgas erhöht wird und dadurch der Umsatz erhöht wird und somit der freie Chlorgehalt
im Produkt reduziert wird.
[0022] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist im inneren Brennrohr auf der
angeströmten Seite des Drallerzeugers ein Dorn angeordnet. Unter der angeströmten
Seite des Drallerzeugers wird die Seite die der Chlorgaszufuhr zugewandt ist verstanden.
Durch den Dorn wird der Drallerzeuger im inneren Brennrohr fixiert und lenkt den Chlorgasstrom
in die Strömungskanäle, d.h. in die Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln, des
Drallerzeugers. Der Dorn kann einteilig oder aus mehreren Teilen aufgebaut sein. Die
Länge des Dorns ist nicht begrenzt.
[0023] Vorteilhafterweise sind Dorndurchmesser und Kerndurchmesser gleich groß. Dadurch
werden zusätzliche Turbulenzen beim Einströmen in den Drallerzeuger vermieden. Vorteilhafterweise
verengt sich der Durchmesser des äußeren Brennrohres in Richtung des Brennraumes.
Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Wasserstoffgases erhöht, was zu einer verbesserten
Vermischung von Wasserstoff- und Chlorgas führt, wodurch der Umsatz erhöht wird und
somit der freie Chlorgehalt im Produkt reduziert wird.
[0024] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Drallerzeuger im inneren
Brennrohr maximal bis auf das 2-fache des Außendurchmessers des Drallerzeugers abgesenkt.
Dies bedeutet, dass der Drallerzeuger nicht mit dem inneren und äußeren Brennrohr
bündig am Brennvorrichtungsaustritt abschließt, sondern in Richtung Gaszuführung abgesenkt
ist.
Bevorzugt wird ein Verhältnis von Absenktiefe zu Innendurchmesser des inneren Brennrohres
von 1:1. Das Absenken des Drallerzeugers führt dazu, dass der verdrallte Chlorgasstrom
in einer kurzen Rohrstrecke geführt wird, bevor am Brennvorrichtungsaustritt die Ausbreitung
des Chlorgasstromes erfolgt. Dadurch kann die Ausbreitung des Strahles verringert
werden und somit die Temperaturbelastung an der Brennkammerwand reduziert werden.
Zudem wird durch das Absenken des Drallerzeugers eine gleichmäßigere Durchmischung
von Wasserstoff- und Chlorgas erreicht, wodurch der Umsatz erhöht wird und somit der
freie Chlorgehalt im Produkt reduziert wird. Zudem wird die Reaktionszone über den
ganzen Querschnitt der Brennkammer verteilt und die Temperatur der Brennkammerwand
wird erniedrigt.
Je weiter der Drallerzeuger abgesenkt wird, desto kleiner wird der Drall am Brenneraustritt.
Bei einer Absenktiefe von mehr als das 2-fache des Außendurchmessers des Drallerzeugers
löst sich der Drall auf und der Drallerzeuger bewirkt keine verbesserte Vermischung
von Wasserstoff- und Chlorgas.
[0025] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter
Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Erfindung wird durch die Figuren nicht beschränkt.
Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Teil der Halogenwasserstoffsynthese-Einheit
Figur 2 zeigt im Querschnitt eine Brennvorrichtung
Figur 3 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich der Brennvorrichtung
Figur 4a zeigt im einen Drallerzeuger
Figur 4b zeigt in Draufsicht einen Drallerzeuger
Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines Drallerzeugers mit Dorn
[0026] Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Teil der Halogenwasserstoffsynthese-Einheit. Mittels
der Brennvorrichtung (1) werden die Gase der Brennkammer (2) zugeführt. Am Brenneraustritt
(3) treten die Gase aus der Brennvorrichtung aus. In der Brennkammer (2) reagieren
die zugeführten Gase unter einer Verbrennung und bilden eine Flamme (4).
[0027] Figur 2 zeigt eine Brennvorrichtung (1) mit zwei konzentrisch angeordneten Brennrohren,
dem inneren Brennrohr (7) und dem äußeren Brennrohr (8). Im inneren Brennrohr (7)
ist ein Drallerzeuger (9) angeordnet, wobei dieser über einen Dorn (10) befestigt
ist. Über den Spalt zwischen innerem und äußerem Brennrohr wird das Wasserstoffgas
transportiert, wobei das Wasserstoffgas über die Zufuhr (6) dem Brenner zugeführt
wird. Das Chlorgas wird dem inneren Brennrohr über (5) zugeführt.
[0028] Figur 3 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich der Brennvorrichtung
(1) mit zwei konzentrisch angeordneten Brennrohren, dem inneren Brennrohr (7) und
dem äußeren Brennrohr (8). Das innere Brennrohr (7) weist einen Innendurchmesser D
IInnen und einen Außendurchmesser D
AInnen auf. Im inneren Brennrohr (7) befindet sich der Drallerzeuger (12). Der Drallerzeuger
(12) weist Leitschaufeln (11) und einen Kern (9), wobei der Kern des Drallerzeugers
einen Durchmesser von D
Kern aufweist, auf. Der Drallerzeuger (9) ist abgesenkt, da er nicht mit dem inneren (7)
und äußeren (8) Brennrohr am Brenneraustritt abschließt.
[0029] Figur 4a zeigt einen Drallerzeuger (12). Der Drallerzeuger (12) weist Leitschaufeln
(11) auf, wobei diese einen mittleren Anstellwinkel γ aufweisen.
[0030] Figur 4b zeigt eine Draufsicht auf einen Drallerzeuger (12), wobei der Drallerzeuger
(12) Leitschaufeln (11), einen Kern (9) und einen Außendurchmesser (14) aufweist.
Zwischen den Leitschaufeln (11) liegt die freie Querschnittsfläche, durch die das
Chlorgas strömt.
[0031] Figur 5 zeigt im Querschnitt den Drallerzeuger (12) im Querschnitt, wobei der Drallerzeuger
einen Dorn (13) aufweist.
[0032] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
wobei die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung darstellen.
Ausführungsbeispiel 1:
[0033] Bereitstellen eines äußeren Brennrohres (8) und eines inneren Brennrohres (7) aus
Graphit. Beide Rohre haben eine Länge von 40 cm. Das äußere Brennrohr (8) weist einen
Außendurchmesser von 18 cm. Das Innere Brennrohr (7) weist einen Durchmesser (D
AInnen) von 12 cm auf. Im inneren Brennrohr (7) ist ein Drallerzeuger (9) aus Graphit eingebracht.
Der Drallerzeuger (9) weist eine Länge von 14 cm auf, wobei die Leitschaufeln eine
einen mittleren Anstellwinkel γ von 60° aufweisen. Die freie Querschnittsfläche beträgt
25%. Der Kern des Drallerzeugers weist einen Durchmesser von 5 cm auf. Der Drallerzeuger
schließt mit dem inneren (7) und äußeren Brennrohr (8) bündig ab und ist in das innere
Brennrohr (7) eingeklebt.
Ausführungsbeispiel 2:
[0034] Bereitstellen eines äußeren Brennrohres (8) und eines inneren Brennrohres (7) aus
Graphit. Beide Rohre haben eine Länge von 40 cm. Das äußere Brennrohr (8) weist einen
Durchmesser von 18 cm auf. Das Innere Brennrohr (7) weist einen Durchmesser von 12
cm auf. Im inneren Brennrohr (7) ist ein Drallerzeuger (9) aus Graphit eingebracht.
Der Drallerzeuger (9) weist eine Länge von 14 cm auf, wobei die Leitschaufeln einen
Anstellwinkel γ von 60° aufweisen. Die freie Querschnittsfläche beträgt 40%. Der Kern
des Drallerzeugers weist einen Durchmesser von 5 cm auf. Der Drallerzeuger ist um
2,5 cm im inneren Brennrohr (7) abgesenkt und in das innere Brennrohr (7) eingeklebt.
Bezugszeichenliste
[0035]
- 1
- Brennvorrichtung
- 2
- Brennkammer
- 3
- Brenneraustritt
- 4
- Flamme
- 5
- Chlorgases
- 6
- Wasserstoffgases
- 7
- inneres Brennrohr
- 8
- äußeres Brennrohr
- 9
- Kern des Drallerzeugers
- 10
- Dorn
- 11
- Leitschaufeln
- 12
- Drallerzeuger
- 13
- Dorn
- 14
- Außendurchmesser des Drallerzeugers
1. Brennvorrichtung zur Erzeugung von Halogenwasserstoff, umfassend zumindest zwei konzentrisch
angeordnete Brennrohre, wobei im inneren Brennrohr ein Drallerzeuger angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Brennrohr, das innere Brennrohr und der Drallerzeuger korrosionsbeständiges
Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, synthetischer
Graphit, kunstharzimprägnierter Graphit, Siliziumcarbid, siliziumcarbidbeschichteter
Graphit, Quarzglas, Aluminiumoxid oder beliebige Mischungen hieraus.
2. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kunstharzimprägnierte Graphit ein phenolharzimprägnierter Graphit ist.
3. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger eine 0,5 bis 2- fache Länge des inneren Durchmessers des inneren
Brennrohrs aufweist.
4. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger einen Kern und Leitschaufeln umfasst und einen Außendurchmesser
von 30 mm bis 300 mm aufweist, wobei der Außendurchmesser des Drallerzeugers der Durchmesser
aus dem Kern des Drallerzeugers und den Leitschaufeln ist.
5. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger einen Kern und Leitschaufeln umfasst und das Verhältnis von Kerndurchmesser
zu Außendurchmesser des Drallerzeugers 1:2,5 bis 1:1,5 beträgt, wobei der Kerndurchmesser
des Drallerzeugers der Durchmesser des Drallerzeugers ohne Leitschaufeln ist und der
Außendurchmesser des Drallerzeugers der Durchmesser aus dem Kern des Drallerzeugers
und den Leitschaufeln ist.
6. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger mindestens zwei Leitschaufeln aufweist.
7. Brennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Querschnittsfläche bezogen auf die gesamte angeströmte Querschnittsfläche
des Drallerzeugers 15 bis 75 % beträgt, wobei die freie Querschnittsfläche die Summe
der freien Flächen zwischen den Leitschaufeln ist und die gesamte angeströmten Fläche
des Drallerzeugers die gesamte Querschnittsfläche des Drallerzeugers ist.
8. Brennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln wendelförmig entlang der Längsachse des Drallerzeugers verlaufen.
9. Brennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln einen mittleren Anstellwinkel von 35° bis 85° aufweisen, wobei
der mittlere Anstellwinkel der Winkel zwischen der Richtung des anströmenden Fluids
und der Oberfläche der Leitschaufeln ist.
10. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Gas aus dem äußeren Brennrohr axial austritt.
11. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere und das äußere Brennrohr auf gleicher Höhe abschließen.
12. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren Brennrohr auf der angeströmten Seite des Drallerzeugers ein Dorn angeordnet
ist.
13. Brennvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Dorndurchmesser und Kerndurchmesser gleich sind.
14. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des äußeren Brennrohres in Richtung des Brennraumes verengt.
15. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger einen Kern und Leitschaufeln umfasst und der Drallerzeuger im inneren
Brennrohr maximal bis auf das 2-fache des Außendurchmessers des Drallerzeugers abgesenkt
ist, wobei der Außendurchmesser des Drallerzeugers der Durchmesser aus dem Kern des
Drallerzeugers und den Leitschaufeln ist.
1. Combustion device for producing hydrogen halide, comprising at least two concentrically
arranged combustion tubes, wherein a swirl generator is arranged in the inner combustion
tube, characterised in that the outer combustion tube, the inner combustion tube and the swirl generator comprise
corrosion-resistant material selected from the group consisting of graphite, synthetic
graphite, synthetic resin-impregnated graphite, silicon carbide, silicon carbide-coated
graphite, quartz glass, aluminium oxide or any mixtures thereof.
2. Combustion device according to claim 1, characterised in that the synthetic resin-impregnated graphite is a phenolic resin-impregnated graphite.
3. Combustion device according to claim 1, characterised in that the swirl generator has a length 0.5 to 2 times the inner diameter of the inner combustion
tube.
4. Combustion device according to claim 1, characterised in that the swirl generator comprises a core and guide vanes and has an outer diameter from
30 mm to 300 mm, wherein the outer diameter of the swirl generator is the diameter
of the core of the swirl generator and the guide vanes.
5. Combustion device according to claim 1, characterised in that the swirl generator comprises a core and guide vanes and the ratio of the core diameter
to the outer diameter of the swirl generator is 1:2.5 to 1:1.5, wherein the core diameter
of the swirl generator is the diameter of the swirl generator without guide vanes
and the outer diameter of the swirl generator is the diameter of the core of the swirl
generator and the guide vanes.
6. Combustion device according to claim 1, characterised in that the swirl generator has at least two guide vanes,
7. Combustion device according to claim 6, characterised in that the free cross-sectional area relative to the total cross-sectional area of the swirl
generator upon which the flow is incident is 15 to 75%, wherein the free cross-sectional
area is the sum of the free areas between the guide vanes and the total area of the
swirl generator upon which the flow is incident is the total cross-sectional area
of the swirl generator.
8. Combustion device according to claim 6, characterised in that the guide vanes extend helically along the longitudinal axis of the swirl generator.
9. Combustion device according to claim 6, characterised in that the guide vanes have a mean incident angle from 35° to 85°, wherein the mean work
angle is the angle between the direction of the inflowing fluid and the surface of
the guide vanes.
10. Combustion device according to claim 1, characterised in that the supplied gas exits axially from the outer combustion tube.
11. Combustion device according to claim 1, characterised in that the inner and the outer combustion tube terminate at the same height.
12. Combustion device according to claim 1, characterised in that a mandrel is arranged in the inner combustion tube on the side of the swirl generator
upon which the flow is incident.
13. Combustion device according to claim 12, characterised in that the mandrel diameter and the core diameter are the same.
14. Combustion device according to claim 1, characterised in that the diameter of the outer combustion tube narrows in the direction of the combustion
chamber.
15. Combustion device according to claim 1, characterised in that the swirl generator comprises a core and guide vanes and the swirl generator is lowered
in the inner combustion tube to a maximum of 2 times the outer diameter of the swirl
generator, wherein the outer diameter of the swirl generator is the diameter of the
core of the swirl generator and the guide vanes.
1. Dispositif de combustion pour la production d'halogénure d'hydrogène, comprenant au
moins deux tubes de combustion disposés de manière concentrique, un générateur de
tourbillon étant disposé dans le tube de combustion intérieur, caractérisé en ce que le tube de combustion extérieur, le tube de combustion intérieur et le générateur
de tourbillon comprennent un matériau résistant à la corrosion choisi dans le groupe
constitué par le graphite, le graphite synthétique, le graphite imprégné de résine
synthétique, le carbure de silicium, le graphite revêtu de carbure de silicium, le
verre de quartz, l'oxyde d'aluminium ou des mélanges de ceux-ci.
2. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le graphite imprégné de résine synthétique est un graphite imprégné de résine phénolique.
3. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tourbillon a une longueur de 0,5 à 2 fois le diamètre intérieur
du tube de combustion intérieur.
4. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tourbillon comprend un noyau et des aubes directrices et a un diamètre
extérieur de 30 à 300 mm, le diamètre extérieur du générateur de tourbillon étant
le diamètre résultant du noyau du générateur de tourbillon et des aubes directrices.
5. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tourbillon comprend un noyau et des aubes directrices, et le rapport
du diamètre du noyau au diamètre extérieur du générateur de tourbillon est de 1:2,5
à 1:1,5, le diamètre du noyau du générateur de tourbillon étant le diamètre du générateur
de tourbillon sans aubes directrices, et le diamètre extérieur du générateur de tourbillon
étant le diamètre résultant du noyau du générateur de tourbillon et des aubes directrices.
6. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tourbillon comporte au moins deux aubes directrices.
7. Dispositif de combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de section transversale libre est de 15 à 75 % par rapport à la surface
de section transversale d'entrée totale du générateur de tourbillon, la surface de
section transversale libre étant la somme des surfaces libres entre les aubes directrices,
et la surface d'entrée totale du générateur de tourbillon étant la surface de section
transversale totale du générateur de tourbillon.
8. Dispositif de combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que les aubes directrices s'étendent en forme d'hélice le long de l'axe longitudinal
du générateur de tourbillon.
9. Dispositif de combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que les aubes directrices ont un angle d'attaque moyen de 35 à 85°, l'angle d'attaque
moyen étant l'angle entre la direction du fluide entrant et la surface des aubes directrices.
10. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz amené sort axialement du tube de combustion extérieur.
11. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de combustion intérieur et le tube de combustion extérieur se terminent au
même niveau.
12. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mandrin est disposé dans le tube de combustion intérieur du côté d'entrée du générateur
de tourbillon.
13. Dispositif de combustion selon la revendication 12, caractérisé en ce que le diamètre du mandrin et le diamètre du noyau sont identiques.
14. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre du tube de combustion extérieur se rétrécit dans la direction de la chambre
de combustion.
15. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tourbillon comprend un noyau et des aubes directrices, et en ce que le générateur de tourbillon est abaissé dans le tube de combustion intérieur jusqu'à
un maximum de deux fois le diamètre extérieur du générateur de tourbillon, le diamètre
extérieur du générateur de tourbillon étant le diamètre résultant du noyau du générateur
de tourbillon et des aubes directrices.
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